定向剪切应力路径下冻结黏土变形特性试验

为研究复杂应力路径下冻土的强度与变形特征,采用冻土空心圆柱仪（FHCA-300）对不同负温状态下的饱和冻结黏土开展定向剪切试验,基于不同剪切方向下冻结黏土的轴向和扭剪分量的应力-应变关系,探讨土样的剪切变形特征、各向异性属性以及剪切带的演变规律,并考察温度、大主应力方向角、平均主应力以及中主应力系数等因素对冻结黏土强度的影响。结果表明：平均主应力p值对冻结黏土的应力-应变关系影响显著,尤其是p=4.5 MPa时具有较高的剪切强度,且该值可能为压融临界p值;大主应力方向变化会诱发冻结黏土的各向异性,随着大主应力方向角的增加,冻结黏土剪切强度逐渐降低,并有明显的剪切带产生;中主应力系数的增加使得轴向强度有逐渐降低的趋势,但对剪切强度影响不明显;随着温度的降低,冻结黏土强度逐渐增大,试样发生脆性破坏并出现剪切破裂面,其剪切强度主要取决于冰颗粒和土颗粒的胶结力。     

井筒冻结孔解冻涌水发生机制及其控制技术

针对冻结井筒解冻后频繁发生涌水灾害的情况,通过工程实例分析了冻结技术、井筒地层条件及解冻涌水特征。结果表明,涌水发生是由于解冻后冻结止水帷幕失效,冻结管周围地层介质渗透性增强,介质接触界面粘结强度降低而致界面缝隙扩大连通,使冻结钻孔连通含、隔水层而形成竖向导水通道,通道内高压水通过井筒薄弱部位发生涌水。采取在井筒外围适宜地层开挖环形巷道,在环形巷道内逐个切断冻结管并向冻结管内外注浆加固,最后将环形巷道用混凝土回填,形成人工隔水塞层。利用RFPA2D-Flow渗流耦合模型验证了该治理方案的可行性,且利用FLAC3D程序计算出环形巷道距离井壁7.50 m是最佳开凿位置。经该措施处理后的井筒涌水由原来的90 m3/h降低至2 m3/h,且井筒保持了稳定。      

山西省阳泉市城市热岛效应特征分析

利用1972－2011年阳泉市3个国家级气象站资料、2011年36个乡镇区域自动站气温资料,分析了阳泉市城市热岛效应的年际变化、季节变化、月变化和日变化特征。结果表明：阳泉市存在弱的城市热岛效应,1972－2011年平均热岛强度0.554 ℃。阳泉市城市热岛强度整体呈显著上升趋势,热岛强度的增加主要是由于夏季热岛强度的增强;热岛强度冬、秋季强,春、夏季弱;12月最强,5月最弱;热岛强度日变化表现为12时最小,从傍晚开始随降温逐渐增大,到早晨气温降到最低时最大,日出之后迅速减小;2008－2011年最强热岛强度出现在2010年1月14日08时,达7.9 ℃。阳泉在升温天气热岛强度变幅增大,易在早晨形成较强城市热岛,下午形成城市冷岛;降温天气热岛强度变幅减小;温度变化较小时则易维持弱的城市热岛。阳泉市主要城市发展因子与霾日数、气温呈显著正相关,在目前的经济发展水平条件下,阳泉市城市化发展可能使城市温度增高,城市绿地面积的增加可能对热岛效应有缓解作用。     

混凝土的入模温度和水化热对青藏直流输电线路冻土桩基温度特性的影响

施工过程中混凝土的入模温度和水化热对多年冻土区桩基施工期间的热稳定性具有重要影响. 针对该问题,利用有限元方法定量研究了±400 kV青藏直流输电线路冻土区锥柱基础入模温度、水化热和含冰量对桩基回冻过程、温度场变化和桩底融化深度的影响规律. 结果表明：水化热影响下,桩基中心温度在第3天达到最高,桩底滞后1 d,基坑表面受其影响较小,主要受环境温度影响;第24天,桩底出现最大融化层,随着入模温度增加,融化层厚度相应增加,入模温度为6℃时融化层厚度为34 cm,15℃时为55 cm;入模温度越高,回冻时间越长,当入模温度为6℃时,完全回冻需经历52 d,15℃时,回冻时间将增加7 d. 含冰量对桩底融化深度有影响,含冰量越大底部融化深度越小;冻土年平均地温是影响桩底融化深度的重要因素,少冰高温（-0.52℃）、低温（-1.5℃和-2.5℃）冻土条件下,最大融化层厚度分别为38 cm、34 cm和25 cm. 基于上述结果,在多年冻土地区的桩基工程,建议混凝土入模温度为6~8℃,底部碎石垫层至少40 cm.     

祁连山疏勒河上游多年冻土区高寒草甸土壤CO2通量特征

研究青藏高原多年冻土区高寒草甸土壤CO₂通量有助于准确估算该区域的土壤CO₂排放, 对认识高原土壤碳循环及其对全球气候变化的响应具有重要意义. 利用静态箱-气相色谱法和LI-8100土壤CO₂通量自动测量系统对疏勒河上游多年冻土区高寒草甸土壤CO₂通量进行了定期观测, 结合气象和土壤环境因子进行了分析. 结果表明: 整个观测期高寒草甸土壤表现为CO₂的源, 土壤CO₂通量的日变化范围为2.52～532.81 mg·m^-2·h^-1. 土壤CO₂年排放总量为1 429.88 g·m^-2, 年均通量为163.23 mg·m^-2·h^-1; 其中, CO₂通量与空气温度和相对湿度、活动层表层2 cm、10 cm、20 cm、30 cm 土壤温度、含水量和盐分均显著相关. 2 cm土壤温度、空气温度和总辐射、空气温度、2 cm土壤盐分分别是影响活动层表层2 cm土壤完全融化期、冻结过程期、完全冻结期、融化过程期土壤CO₂通量的最重要因子. 在完全融化期、冻结过程期和整个观测期, 拟合最佳的温度因子变化分别能够解释土壤CO₂通量变化的72.0%、82.0%和38.0%, 对应的Q₁₀值分别为1.93、6.62和2.09. 冻融期(含融化过程期和冻结过程期)和完全冻结期的土壤CO₂排放量分别占年排放总量的15.35%和11.04%, 在年排放总量估算中不容忽视.     

含盐冻结粉质砂土的强度参数和强度准则试验研究

对含盐冻结粉质砂土进行温度-2 ℃、-4 ℃、-6 ℃和围压0.3~16 MPa的三轴强度试验. 结果表明: 含盐冻结粉质砂土应力-应变曲线在低围压和高围压表现为应变软化特征, 中围压为理想塑性变形特性; 随着围压的增大, 强度先增加后减小. 在围压小范围内得到广义黏聚力和广义内摩擦角, 并得到广义黏聚力和广义内摩擦角随围压和温度的变化规律; 同时, 针对强度随围压的变化, 提出非线性强度准则.     

人工冻土围压SHPB试验与冲击压缩特性分析

利用分离式Hopkinson压杆（SHPB）,以铝质套筒作为围压装置,分别研究温度为-8、-12、-16 ℃在不同应变率下的人工冻结黏土围压状态变形特征和轴向动态应力-应变关系。研究结果表明：在围压状态下,冻土呈黏塑性破坏特征;当人工冻结黏土温度为-16 ℃、平均应变率分别为410、457、525、650、827 s-1时,其最大应力分别为10.76、12.18、14.27、20.24、23.34 MPa,最大应变分别为0.081 7、0.097 2、0.105 0、0.131 0和0.166 0,表现出较强应变率效应;-12 ℃和-16 ℃时在应变率为457 s-1下的最大应力分别为8.28 MPa和12.18 MPa;当应变率相同时,温度越低,最大应力越大,冻结黏土表现出较强的温度相关性。人工冻土的动力学特性为冻土开挖方法的研究提供依据。     

深厚钙质黏土层冻结特征与冻结温度场数值模拟

为了解决杨村煤矿井筒在深厚黏土层层位掘砌时遇到的冻结管断裂难题,分析了施工中产生的问题,并采用ANSYS有限元软件模拟出该黏土层段温度场分布规律,细化导热系数区间,使计算结果与测温孔数据接近。结果表明,强化冻结工艺和采用短段掘砌施工是解决深厚黏土层安全施工的有效措施,对日后井筒在该层位的施工具有一定参考价值。      

冻结方式对冻土试样制备的影响

冻土试样的制备是进行冻土试验最为基础而重要的工作,其中土样在冻结过程中受到的影响直接关系到试样内部状况.为研究冻结方式对粉质粘土含水量和干密度分布的影响,采取不同的冻结方式即单向冻结和多向冻结方法,对比分析不同状态下兰州黄土和北麓河粘土冻结试样各部位含水量与干密度的分布状况.结果表明:试样内含水量和干密度的分布程度取决于土的类型、饱和状态和冻结方式,具体为:非饱和兰州黄土在多向冻结情况下,可以取得比单向冻结更加均匀的冻结试样;饱和兰州黄土冻结试样无论是单向冻结还是多向冻结都较为均匀;北麓河粘土无论饱和与否,均以单向冻结为好.     

河套及其邻近不稳定积雪区积雪日数时空变化规律研究

利用河套及其邻近地区(30°～43°N,102°～120°E)240个地面气象观测站1951-2006年的积雪日数资料,采用EOF/REOF进行分解,分析了该区积雪的时空异常分布情况.结果表明:河套及其邻近地区积雪日数有3个主要的分布型,第1种类型为全区一致地偏多(偏少)型,相似年份有13 a;第2种类型为南多(少)北少(多)的南北相反分布型,相似年份有7 a;第3种类型为东多(少)西少(多)的东西相反分布型,相似年份有2 a.对年积雪日数进行REOF分解可将研究区域分为6个气候分区.利用Morlet小波分析表明,研究区域年积雪日数变化存在准18 a周期.在全球变暖的大背景下,研究区域的年积雪日数整体呈减少的趋势,减少最显著的在高纬度和高海拔地区.